Os cientistas descobriram que a matéria escura, a “coisa” mais misteriosa do universo, obedece à gravidade em vastas escalas cosmológicas. Isto poderia ajudar a descartar a possibilidade de uma quinta força fundamental da natureza — mas mesmo que não o seja, certamente coloca restrições à força dessa força potencial.
Há muito se sabe que a “matéria cotidiana” é composta de átomos, que são, por sua vez, compostos de prótons, nêutrons e elétrons. Sabemos também que essas partículas estão alinhadas com o conhecido forças fundamentais da natureza: eletromagnetismo, gravidade, força nuclear forte e força nuclear fraca. No entanto, o que ficou menos claro é se matéria escura obedece a essas mesmas quatro forças. Na verdade, uma das razões pelas quais a matéria escura é tão intrigante é que ela não parece agir em conjunto com a luz ou com a radiação eletromagnética. E se isso acontecer, será muito mais fraco do que a matéria comum. Isto torna a matéria escura efetivamente invisível, o que significa que a única forma de os cientistas inferirem a sua presença é observando os seus efeitos gravitacionais e depois observando como eles atuam como intermediários e impactam a luz e a matéria comum.
Para resolver este enigma e descobrir se a matéria escura poderia ser governada por uma quinta força fundamental, até agora desconhecida, investigadores da Universidade de Genebra (UNIGE) começaram a determinar se a matéria escura cai em poços de gravidade cósmica em vastas escalas, tal como acontece com a matéria comum. Esses poços gravitacionais são criados quando corpos de massa tremenda formam a própria estrutura do espaço e do tempo, unificada como uma única entidade quadridimensional chamada “espaço-tempo“para deformar (conforme estabelecido pela relatividade geral). Quanto maior a massa do corpo, mais extrema a deformação do espaço-tempo, mais “profunda” a gravidade resultante e, portanto, mais forte a influência gravitacional.
“Para responder a esta questão, comparámos as velocidades das galáxias em todo o Universo com a profundidade dos poços gravitacionais”, disse Camille Bonvin, membro da equipa e investigadora da UNIGE, num comunicado. “Se a matéria escura não estiver sujeita a uma quinta força, então as galáxias – que são maioritariamente constituídas por matéria escura – cairão nestes poços como a matéria normal, governada apenas pela gravidade.
“Por outro lado, se uma quinta força actuar sobre a matéria escura, influenciará o movimento das galáxias, que então cairiam nos poços de forma diferente. Ao comparar a profundidade dos poços com as velocidades das galáxias, podemos, portanto, testar a presença de tal força.”
Com esta abordagem e utilizando dados cosmológicos atualizados, a equipa estabeleceu que a matéria escura de facto entra nos poços gravitacionais tal como a matéria normal. Embora estas descobertas não forneçam indícios de uma quinta força fundamental da natureza, não podem descartá-la de forma absoluta.
“Nesta fase, no entanto, estas conclusões ainda não excluem a presença de uma força desconhecida. Mas se tal quinta força existir, não pode exceder 7% da força da gravidade – caso contrário, já teria aparecido nas nossas análises”, Nastassia Grimm, líder da equipa e investigadora do Instituto de Cosmologia e Gravitação da Universidade de Portsmouth, no Reino Unido.
Embora estes resultados não fechem o livro sobre uma quinta força da natureza que governa a matéria escura, eles ajudam a definir melhor as características desta forma perturbadoramente evasiva de matéria. E se existir uma quinta força da natureza, ela provavelmente não conseguirá se esconder para sempre.
“Os próximos dados dos experimentos mais recentes, como o LSST (o Legacy Survey of Space and Time conduzido pelo Observatório Vera C. Rubin e o DESI (o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura), serão sensíveis a forças tão fracas quanto 2% da gravidade, “disse Isaac Tutusaus, membro da equipe e pesquisador da Universidade de Toulouse. “Eles devem, portanto, permitir-nos aprender ainda mais sobre o comportamento da matéria escura.”
A pesquisa da equipe foi publicada na segunda-feira (3 de novembro) na revista Comunicações da Natureza.
